(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が供給される流入口と、
前記流入口と連通し、前記液体を収容可能な液体室と、
前記液体室と連通し、前記液体が流出する流出口と、を備え、
前記液体室は、
前記液体室の容積を減少させる第１方向に変形可能な第１変形部と、
前記第１方向からの断面視において渦巻き形状を有する流路と、を有し、
前記流路は、
少なくとも一部が前記第１変形部と接続され、前記第１変形部が前記第１方向に変形した場合に、中央部分が前記流出口に向けて撓むように変形する壁を有し、
前記流路の周縁部が前記流入口と連通し、前記流路のうち前記周縁部よりも内側の部分が前記流出口と連通する、液体収容部。
【請求項２】
請求項１に記載の液体収容部であって、
前記壁は、前記液体室を構成する前記第１方向側の面、または前記第１方向側の面と向かい合う第２面のいずれか一方の面から立設され、かつ、先端が前記一方の面と向かい合う他方の面に固定された状態で設けられている液体収容部。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液体収容部であって、
前記流出口は、前記液体室を構成する前記第１方向側の面の中央部に設けられている液体収容部。
【請求項４】
請求項３に記載の液体収容部であって、
前記流出口は、渦巻き形状を有する前記流路のうち最も内郭を成す前記壁よりも内側の部分と連通する、液体収容部。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の液体収容部であって、
前記流路は、断面積が均一に形成されている液体収容部。
【請求項６】
液体を噴射するノズルと、
前記ノズルと連通する請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の液体収容部と、
前記液体室を変形させる容積変更部と、を備える液体噴射部。
【請求項７】
請求項６に記載の液体噴射部と、
前記容積変更部の駆動を制御する噴射制御手段と、を備える液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を噴射する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水や生理食塩水などの液体を加圧して、細くしぼられたノズルから生体組織に向けて噴射することによって、生体組織を切開あるいは切除する液体噴射装置が開発されている。このような液体噴射装置を用いた手術では、神経や血管等を傷つけることなく臓器などの組織だけを選択的に切開あるいは切除することが可能であり、周囲の組織に与える損傷が少ないので、患者の負担を小さくすることが可能である。
【０００３】
また、単にノズルから連続的に液体を噴射するのではなく、噴流を周期的に変化させてパルス状に液体を噴射することで、少ない噴射量で生体組織の切開や切除を可能にした液体噴射装置が提案されている（特許文献１）。この液体噴射装置では、ノズルに接続された液体室に液体を供給し、液体室の容積を急速に減少させることで、液体室内の圧力を急速に上昇させ、その圧力によって液体をノズルからパルス状に噴射する。続いて、液体室の容積を元に戻して再び液体を供給する。こうした動作を繰り返すことで、パルス状の噴流を周期的に発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０８２２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このように液体をパルス状に噴射する液体噴射装置では、液体中に存在している気泡や、液体中に溶解していた気体が条件によって気泡化して発生した気泡が液体室内に滞留することで、切開や切除の能力を低下させるという問題があった。通常、液体室内の気泡は、液体の流れに乗って移動することによってノズルから排出されるが、液体室内には流れの速い箇所と流れの遅い箇所とがあるので、流れの遅い箇所に気泡が滞留することがある。そして、上述したように、液体室の容積を急速に減少させて、液体を加圧することによって圧力波を発生させている。従って、液体室内に気泡があると、液体室の容積を減少させても気泡が圧縮されることにより、液体室の圧力が十分に上昇しないため、液体を適切に噴射できず、切開や切除する能力が低下してしまう。
【０００６】
この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、液体噴射装置の液体室内に気泡が滞留し難くすることによって、安定して液体を噴射することが可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の液体噴射装置は次の構成を採用した。すなわち、
ノズルから液体を噴射する液体噴射装置であって、
前記液体が供給される流入口と、
前記流入口に連通し、所与の容積を有する液体室と、
前記液体室の容積を前記所与の容積よりも減少させる第１方向に、該液体室を変形させる容積変更部と、
前記液体室を構成する前記第１方向側の面の中央部に連通し、かつ、前記ノズルに連通する流出口と、
前記流入口から供給される液体が前記液体室に充填された状態で、前記容積変更部を駆動することによって、前記ノズルから液体をパルス状に噴射させる噴射制御手段と
を備え、
前記流入口は、前記液体室の周縁部に連通し、
前記液体室は、前記流入口から供給される液体を前記流出口へ導く流路であって、変形可能な壁で形成され、前記第１方向からの断面視において渦巻き形状の流路を有する
ことを要旨とする。
【０００８】
このような本発明の液体噴射装置においては、流入口から供給される液体が液体室に充填された状態で、容積変更部を駆動すると、液体室が第１方向に変形して容積変更部の駆動前よりも液体室の容積が減少するので、液体室内で加圧された液体が流出口を通ってノズルから噴射される。この液体室の内部には、第１方向からの断面視が渦巻き形状の流路（渦巻き流路）が変形可能な壁で形成されており、液体室の周縁部に連通する流入口から供給される液体は、渦巻き流路に沿って流れて、液体室の第１方向側の面の中央部に連通する流出口まで導かれるようになっている。
【０００９】
液体室内の液体の流れが不規則で流れの速い箇所と遅い箇所とがあると、流れの遅い箇所に気泡が滞留し易く、こうした気泡の存在によって液体室の圧力が十分に上昇しないので、液体を適切に噴射できなくなってしまう。そこで、流入口から流出口まで液体を導く渦巻き流路を液体室内に形成しておけば、液体室内の液体の流れが渦巻き流路に沿って規制されて、液体室内の全ての部分で液体が十分な速さの流速で流れるので、流れの遅い箇所に気泡が滞留することを抑制して、液体室内の気泡を速やかに排出することができる。結果として、気泡の影響を受けることなく、安定した液体の噴射が可能となる。
【００１０】
また、渦巻き流路を形成する壁は変形可能に設けられていることから、容積変更部の駆動によって液体室の容積が減少する際には、渦巻き形状の壁が液体室の中央に向かって渦巻きを収縮させる（渦巻きの中央に寄せる）ように変形することによって、壁を設けない場合と同様に、液体室内の加圧された液体は液体室の中央の流出口に向かって移動することができる。その結果、渦巻き形状の壁の最内郭より内側には、中央の流出口に液体を集める流れが生じる。このように本発明の液体噴射装置では、液体室の内部が渦巻き形状の壁で仕切られているものの、この壁が流出口に向かって変形することで、壁がないときと同様に、流出口に周囲から液体が集められるので、液体を適切に噴射することができる。
【００１１】
上述した本発明の液体噴射装置では、渦巻き流路を形成する壁を、液体室の第１方向側の面、または第１方向側の面と向かい合う第２面のいずれか一方の面から立設し、かつ、壁の先端が固定されていない状態で設けておいてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、容積変更部の駆動によって液体室の容積が減少する際には、壁の先端側が液体室の中央に向けて倒れるように変形可能なので、液体室の内部に、壁を乗り越えて中央の流出口に向かう液体の流れを発生させることができる。このように渦巻き流路を横切る流れによって中央の流出口に周囲から液体が集められるので、液体を適切に噴射することができる。
【００１３】
尚、渦巻き流路を形成する壁は、必ずしも液体室の内面から立設されていなくてもよく、液体室の第１方向側の面および第２面のいずれの面にも固定されていない状態で設けておいてもよい。この場合には、容積変更部の駆動によって液体室の容積が減少すると、壁が液体室の中央に向けて移動する（渦巻きの中央に向かって収縮する）ことによって、液体室内の液体も液体室の中央の流出口に向かって移動することができる。
【００１４】
また、前述した本発明の液体噴射装置では、渦巻き流路を形成する壁を、液体室の第１方向側の面、または第１方向側の面と向かい合う第２面のいずれか一方の面から立設し、かつ、その一方の面と向かい合う他方の面に壁の先端が固定された状態で設けておいてもよい。
【００１５】
このような構成の液体噴射装置では、容積変更部の駆動によって液体室の容積が減少する際には、液体室に対して両端（基部および先端）が固定された壁の中央部分が液体室の中央に向けて撓むように変形することによって、液体室内の液体は液体室の中央の流出口に向かって移動することができる。これにより、液体室の内部に渦巻き形状の壁が設けられていても、この渦巻き形状の壁の最内郭の内側には中央の流出口に向かう液体の流れが生じて、流出口に周囲から液体が集められるので、液体を適切に噴射することができる。
【００１６】
また、こうした本発明の液体噴射装置では、渦巻き流路を、断面積が均一となるように形成しておいてもよい。
【００１７】
このように渦巻き流路の断面積を均一にしておけば、液体室に供給される液体を渦巻き流路に沿って一定の流速で流すことができる。そのため、流れの遅い箇所に気泡が滞留することは無く、液体室内の気泡を一定の流速の流れに乗せて速やかに排出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施例の液体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。
【図２】脈動発生部の詳細な構成を示した断面図である。
【図３】脈動発生部の内部に設けられた流路形成部材の形状を示した説明図である。
【図４】脈動発生部の液体室に液体が充填される様子を示した説明図である。
【図５】圧電素子への駆動電圧の印加によって液体が噴射される様子を示した説明図である。
【図６】第１変形例の脈動発生部の内部構造を示した説明図である。
【図７】第２変形例の脈動発生部の内部構造を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．液体噴射装置の構成：
Ｂ．脈動発生部の構成：
Ｃ．液体の噴射動作：
Ｄ．変形例：
Ｄ−１．第１変形例：
Ｄ−２．第２変形例：
【００２０】
Ａ．液体噴射装置の構成  ：
図１は、本実施例の液体噴射装置１０の大まかな構成を示した説明図である。図示した液体噴射装置１０は、水や生理食塩水などの液体を生体組織に向けて噴射することで、生体組織を切開あるいは切除する手術方法に用いられるものである。
【００２１】
図示されているように、本実施例の液体噴射装置１０は、水や生理食塩水などの液体をパルス状に噴射する脈動発生部１００や、脈動発生部１００から噴射する液体を脈動発生部１００に供給する液体供給手段３００や、噴射する液体を収容する液体容器３０６や、脈動発生部１００および液体供給手段３００の動作を制御する制御部２００などから構成されている。
【００２２】
脈動発生部１００は、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを重ねてネジ止めしたような構造となっており、第２ケース１０６の前面には円管形状の液体噴射管１０４が接続され、液体噴射管１０４の先端にはノズル１０２が設けられている。第２ケース１０６と第１ケース１０８との合わせ面には、薄い円板形状の液体室１１０が設けられており、この液体室１１０は、液体噴射管１０４を介してノズル１０２に接続されている。また、第１ケース１０８の内部には、積層型の圧電素子によって構成された圧電素子１１２が設けられており、駆動電圧波形を印加して圧電素子１１２を駆動する（伸縮させる）ことにより、液体室１１０の容積を変動させて、液体室１１０内の液体をノズル１０２からパルス状に噴射することが可能となっている。尚、脈動発生部１００の詳細な構成については後述する。
【００２３】
液体供給手段３００は、第１接続チューブ３０２を介して液体容器３０６と接続されており、液体容器３０６から吸い上げた液体を、第２接続チューブ３０４を介して脈動発生部１００の液体室１１０に供給する。本実施例の液体供給手段３００は、２つのピストンがシリンダ内で摺動する構成となっており、双方のピストンを適切な速度で駆動することにより、脈動発生部１００に向かって液体を脈動なく圧送することが可能である。
【００２４】
制御部２００は、脈動発生部１００に内蔵された圧電素子１１２の動作や、液体供給手段３００の動作を制御している。本実施例の液体噴射装置１０では、液体供給手段３００から供給する液体の流量や、圧電素子１１２に印加する駆動電圧の波形、最大電圧値および周波数を変更することによって、ノズル１０２からの液体の噴射態様を変化させることが可能となっている。
【００２５】
Ｂ．脈動発生部の構成  ：
図２は、脈動発生部１００の断面を取った分解組立図である。前述したように、脈動発生部１００は、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネジ止めして構成されている。第１ケース１０８には、第２ケース１０６と合わさる面のほぼ中央に、円形の浅い凹部１０８ｃが形成されており、凹部１０８ｃの中央位置には、第１ケース１０８を貫通する円形断面の貫通穴１０８ｈが形成されている。そして、凹部１０８ｃの底面には、貫通穴１０８ｈを塞ぐように、金属薄板などで形成された円形のダイアフラム１１４が気密に固着されている。
【００２６】
ダイアフラム１１４によって塞がれた貫通穴１０８ｈには、圧電素子１１２が収納されて、更に、貫通穴１０８ｈの開口部は第３ケース１１８によって塞がれている。また、圧電素子１１２とダイアフラム１１４との間には、円形の補強板１１６が挿入されている。そして、第１ケース１０８の貫通穴１０８ｈに圧電素子１１２を収納して、第３ケース１１８で貫通穴１０８ｈを塞いだ状態では、ダイアフラム１１４と、補強板１１６と、圧電素子１１２と、第３ケース１１８とがちょうど接するように、補強板１１６の厚さが設定されている。尚、圧電素子１１２の一端は、第３ケース１１８に固着されており、圧電素子１１２の他端は、補強板１１６に固着されている。また、補強板１１６の圧電素子１１２とは反対側の面は、ダイアフラム１１４に固着されている。
【００２７】
ダイアフラム１１４の上（第２ケース１０６と向かい合う側）からは、円形の支持板１２０ｂの片面に仕切壁１２０ｗが立設された流路形成部材１２０が、支持板１２０ｂをダイアフラム１１４と重ね合わせるように凹部１０８ｃに嵌め込まれている。支持板１２０ｂは、仕切壁１２０ｗが立設された面とは反対側の面がダイアフラム１１４に固着されており、さらに、支持板１２０ｂとダイアフラム１１４とを足した厚さが凹部１０８ｃの深さと同じになるように形成されている。また、詳しくは後述するが、流路形成部材１２０は、可撓性の材料で変形可能に形成されている。尚、流路形成部材１２０の仕切壁１２０ｗの形状については、後ほど別図を用いて説明する。
【００２８】
一方、第２ケース１０６には、第１ケース１０８と合わさる面に、円形の浅い凹部１０６ｃが形成されている。この凹部１０６ｃの内径は、第１ケース１０８に嵌め込まれた流路形成部材１２０の支持板１２０ｂの外径より小さく、かつ、支持板１２０ｂに立設された仕切壁１２０ｗを内包可能な大きさに設定されている。また、凹部１０６ｃの深さは、仕切壁１２０ｗの高さと同じになるように設定されている。そして、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネジ止めすると、第２ケース１０６の凹部１０６ｃと、第１ケース１０８側に設けられた流路形成部材１２０の支持板１２０ｂとによって、円板形状の液体室１１０が形成される。さらに、流路形成部材１２０の仕切壁１２０ｗの先端（第２ケース１０６と向かい合う側の端部）は、第２ケース１０６の凹部１０６ｃの底面に固着されて、液体室１１０の内部には、仕切壁１２０ｗによって仕切られた流路が形成される。
【００２９】
尚、上述のように本実施例の脈動発生部１００では、流路形成部材１２０の支持板１２０ｂが第１ケース１０８の凹部１０８ｃに嵌め込まれて、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネジ止めした状態では、流路形成部材１２０の仕切壁１２０ｗの先端が第２ケース１０６の凹部１０６ｃの底面に固着されている。しかし、これとは逆に、流路形成部材１２０の支持板１２０ｂが第２ケース１０６の凹部１０６ｃの底面に固着されて、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネジ止めした状態では、流路形成部材１２０の仕切壁１２０ｗの先端（第１ケース１０８と向かい合う側の端部）が、第１ケース１０８に設けられたダイアフラム１１４に固着されていてもよい。
【００３０】
また、第２ケース１０６には、第２ケース１０６に接続された第２接続チューブ３０４から供給される液体を液体室１１０まで導く入口流路１０６ａ、および液体室１１０内で加圧された液体を液体噴射管１０４へと導く出口流路１０６ｂが設けられている。このうち、入口流路１０６ａは、凹部１０６ｃの周縁の位置に開口しており、出口流路１０６ｂは、凹部１０６ｃの中央の位置に開口している。尚、本実施例の入口流路１０６ａの開口部は、本発明の「流入口」に相当しており、本実施例の出口流路１０６ｂの開口部は、本発明の「流出口」に相当している。
【００３１】
第２ケース１０６の前面（第１ケース１０８と合わさる面とは反対側の面）に接続された液体噴射管１０４の内径は、出口流路１０６ｂの内径に比べて大きく設定されている。また、液体噴射管１０４の先端には、出口流路１０６ｂよりも内径が小さく設定された液体噴射開口部を有するノズル１０２が挿着されている。従って、液体室１１０から流出した液体が進む流路は、出口流路１０６ｂを通って液体噴射管１０４に到ると断面積が広くなり、液体噴射管１０４の先端のノズル１０２の部分で再び断面積が狭くなるようになっている。
【００３２】
図３は、脈動発生部１００の内部に設けられた流路形成部材１２０の形状を示した説明図である。図３では、流路形成部材１２０を第２ケース１０６と向かい合う側から見た状態を示している。図示されているように、流路形成部材１２０の支持板１２０ｂは、ダイアフラム１１４と同一の円形に形成されており、この支持板１２０ｂの上面（第２ケース１０６と向かい合う面）に、支持板１２０ｂの中心に向かって巻き込みながら旋回する渦巻き状に仕切壁１２０ｗが立設されている。また、この渦巻き状の仕切壁１２０ｗは、最外郭の外周面が凹部１０６ｃの内周面と接するように形成されており、さらに、多重（図３の例では５重）に巻かれた仕切壁１２０ｗと仕切壁１２０ｗとの間隔は、一定に設定されている。このような流路形成部材１２０の仕切壁１２０ｗによって、前述したように、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネジ止めすると、液体室１１０の内部には、周縁部から旋回しつつ中央に向かう渦巻き状の流路（以下、渦巻き流路という）が形成される。尚、本実施例の仕切壁１２０ｗは、本発明の「壁」に相当しており、本実施例の渦巻き流路は、本発明の「流路」に相当している。
【００３３】
また、前述したように、第２ケース１０６の凹部１０６ｃには、入口流路１０６ａおよび出口流路１０６ｂが接続されており、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを適切な位置で合わせてネジ止めすると、液体室１１０の内部に形成される渦巻き流路の中央側の突き当たり部分に出口流路１０６ｂが開口し、渦巻き流路の周縁側の突き当たり部分に入口流路１０６ａが開口するようになっている。
【００３４】
以上のように構成された脈動発生部１００では、圧電素子１１２に駆動電圧波形を印加して圧電素子１１２を駆動する（伸縮させる）ことによって、ノズル１０２から液体をパルス状に噴射することが可能となっている。以下では、脈動発生部１００が液体を噴射する動作について詳しく説明する。
【００３５】
Ｃ．液体の噴射動作  ：
図４および図５は、脈動発生部１００が液体を噴射する様子を示した説明図である。先ず、図４には、圧電素子１１２を駆動していない状態（圧電素子１１２に駆動電圧波形を印加する前の状態）が示されている。この状態では、図４（ａ）に示すように、液体供給手段３００から第２接続チューブ３０４を介して脈動発生部１００に供給される液体が入口流路１０６ａを通って液体室１１０へと流入することにより、液体室１１０内が液体で満たされる。尚、図中の破線の矢印は、液体の流れを模式的に表している。
【００３６】
また、前述したように、液体室１１０の内部には、流路形成部材１２０の仕切壁１２０ｗで仕切られることによって、渦巻き流路が形成されており、図４（ｂ）に示すように、液体室１１０の周縁部に開口する入口流路１０６ａから流入した液体は、渦巻き流路（仕切壁１２０ｗ）に沿って旋回しながら、液体室１１０の中央に開口する出口流路１０６ｂへと導かれる。このように渦巻き流路に沿って液体の流れを規制することによって、液体室１１０内に流れの速い箇所と遅い箇所とが生じることは無く、入口流路１０６ａから流入した液体を出口流路１０６ｂまでほぼ均一な流速で流すことができる。
【００３７】
尚、前述したように、液体供給手段３００からは液体が途切れることなく供給されるので、液体室１１０内が液体で満たされると、圧電素子１１２が駆動していなくても、液体室１１０内の液体が出口流路１０６ｂを通って液体噴射管１０４に向けて押し出されることになる。
【００３８】
このように液体室１１０が液体で満たされた状態で、圧電素子１１２に駆動電圧波形が印加されると、図５（ａ）に示すように、圧電素子１１２が駆動電圧の増加によって伸長し、補強板１１６を介してダイアフラム１１４および流路形成部材１２０の支持板１２０ｂを液体室１１０に向けて押すので、液体室１１０の容積が減少し、その結果、液体室１１０内の液体が加圧される。こうして液体室１１０内で加圧された液体は、図５（ａ）中に破線の矢印で示したように、出口流路１０６ｂおよび液体噴射管１０４を介して、ノズル１０２からパルス状に噴射される。
【００３９】
尚、液体室１１０には、入口流路１０６ａおよび出口流路１０６ｂの２つの流路が接続されている。従って、液体室１１０内で加圧された液体は、出口流路１０６ｂだけでなく、入口流路１０６ａからも流出すると考えられる。しかし、流路の液体の流れ易さは、流路の断面積や流路の長さ等によって定まるので、入口流路１０６ａおよび出口流路１０６ｂの断面積や長さを適切に設定しておけば、入口流路１０６ａよりも出口流路１０６ｂから液体が流出し易くすることが可能である。また、入口流路１０６ａでは、液体供給手段３００から圧送される液体が液体室１１０内に流入しようとする流れがあるので、液体室１１０内の液体の流出を妨げるのに対して、出口流路１０６ｂでは、液体室１１０内の液体の流出を妨げるような流れは存在しない。そのため、液体室１１０内で加圧された液体は、もっぱら出口流路１０６ｂから流出して、液体噴射管１０４を介して先端のノズル１０２から噴射される。
【００４０】
また、前述したように、本実施例の液体室１１０の内部は、流路形成部材１２０の仕切壁１２０ｗによって渦巻き状に仕切られている。しかし、圧電素子１１２の伸張によって液体室１１０の容積が減少する際には、渦巻き状の仕切壁１２０ｗ（渦巻き流路）に沿って液体が流れるのではなく、仕切壁１２０ｗが出口流路１０６ｂ側（液体室１１０の中央）に向けて変形することによって、液体室１１０内の液体は液体室１１０の中央に向かって移動するようになっている。この点について捕捉して説明する。
【００４１】
先ず、多重に巻かれた渦巻き状の仕切壁１２０ｗの最も内郭を成す仕切壁１２０ｗを例に考えると、最内郭の仕切壁１２０ｗの内側では、出口流路１０６ｂが液体室１１０の中央に開口しているので、液体室１１０の容積が減少する際には、液体が出口流路１０６ｂから流出することによって圧力の上昇が抑えられる。これに対して、仕切壁１２０ｗの外側では、渦巻き流路が液体で満たされていて液体の逃げ場がないので、仕切壁１２０ｗの内側に比べて圧力が上昇することになる。前述したように仕切壁１２０ｗは、可撓性の材料で変形可能に形成されていることから、圧力の高い外側から圧力の低い内側に向けて仕切壁１２０ｗを押して変形させて、内側と外側との圧力差が減少させようとする。尚、本実施例の仕切壁１２０ｗは、支持板１２０ｂから立設されており、かつ、先端が第２ケース１０６の凹部１０６ｃに固着されているので、図５（ａ）に示すように、仕切壁１２０ｗの中央部分が外側から押されて内側に撓むように変形する。
【００４２】
こうした仕切壁１２０ｗの内側と外側との圧力差は、最内郭の仕切壁１２０ｗだけでなく、最内郭の仕切壁１２０ｗが内側に変形して外側の圧力が低下することによって、２重目の仕切壁１２０ｗにも生じ、同様に、３重目の仕切壁１２０ｗにも伝播する。従って、渦巻き状の仕切壁１２０ｗは、全体的に液体室１１０の中央に向かって渦巻きを収縮させるように変形する。尚、仕切壁１２０ｗの変位は、図５（ａ）に示すように、内径の小さい最内郭の仕切壁１２０ｗで最も大きくなっている。
【００４３】
このように圧電素子１１２の伸張によって液体室１１０の容積が減少する際には、渦巻き状の仕切壁１２０ｗの中央部分が液体室１１０の中央に向けて撓むように変形することで、液体室１１０内の液体は、図５（ｂ）に示すように、液体室１１０の中央の出口流路１０６ｂに向かって移動することになる。
【００４４】
ここで、圧電素子１１２の伸張によって液体室１１０の容積が減少すると、それに対応する分量の液体が出口流路１０６ｂに集められて押し出されることで、液体噴射管１０４の先端のノズル１０２から液体が噴射される。このとき、液体室１１０内の渦巻き状の仕切壁１２０ｗが妨げとなって、中央の出口流路１０６ｂに周囲から十分な量の液体を集めることができないとも考えられる。しかし、本実施例の脈動発生部１００では、圧電素子１１２の伸張による変位量はわずかであり、１回のパルスで噴射される液体の量（噴射量）は、液体室１１０の容積に対して１／１００程度であることから、仕切壁１２０ｗが液体室１１０の中央に向けてわずかに変形するだけで、出口流路１０６ｂに周囲から十分な量の液体が集められる。
【００４５】
例えば、噴射量Ｖを液体室１１０の容積の１／１００として、液体室１１０の内半径をＲ、液体室１１０の厚さ（凹部１０６ｃの深さ）をＨとすると、
Ｖ＝πＲ２Ｈ／１００      式（１）
と表すことができる。また、渦巻き状の仕切壁１２０ｗの最内郭の内半径をｒとして、最内郭の仕切壁１２０ｗが液体室１１０の中央に向けて距離ｓだけ変位することで出口流路１０６ｂに集められて押し出された分量の液体がノズル１０２から噴射されるとすると、噴射量Ｖは、変形前の最内郭の内側の容積Ｖ１、変形後の最内郭の内側の容積Ｖ２との差であることから、
Ｖ１＝πｒ２Ｈ
Ｖ２＝π（ｒ−ｓ）２Ｈ
Ｖ＝Ｖ１−Ｖ２＝πＨ｛ｒ２−（ｒ２−２ｒｓ＋ｓ２）｝
＝πＨ（２ｒｓ−ｓ２）
と表すことができる。ここで、ｓがわずかな変位量であれば、ｓ２は極めて小さな値となる。従って、
Ｖ＝２πｒｓＨ      式（２）
と近似することができる。そして、例えば、最内郭の仕切壁１２０ｗの内半径ｒが液体室１１０の内半径Ｒの半分（１／２）に設定されている場合には、上記の式（１）および式（２）の２つの式から、
２π（Ｒ／２）ｓＨ＝πＲ２Ｈ／１００
ｓ＝Ｒ／１００
となり、最内郭の仕切壁１２０ｗが液体室１１０の中央に向けて、液体室１１０の内半径の１／１００というスケールでわずかに変位するだけで、噴射量に相当する液体が出口流路１０６ｂに集められるので、液体の噴射に際して液体室１１０内の渦巻き状の仕切壁１２０ｗが妨げとなることはない。
【００４６】
このようにして液体を噴射したら、駆動電圧の減少によって圧電素子１１２が収縮して元の長さに戻ることから、それに伴って液体室１１０の容積が元の容積に復元する。また、液体供給手段３００から液体室１１０に供給される液体が渦巻き流路（仕切壁１２０ｗ）に沿って流れることで液体室１１０内を満たし、液体室１１０内の仕切壁１２０ｗも元の直立した状態に復元する。その結果、図４に示した圧電素子１１２が駆動する前の状態に復帰する。そして、再び駆動電圧の増加によって圧電素子１１２が伸長すると、図５に示したように液体室１１０内で加圧された液体がノズル１０２から噴射される。こうした動作を繰り返すことによって、本実施例の脈動発生部１００では、ノズル１０２から液体をパルス状に噴射することが可能となっている。尚、駆動電圧の増加によって伸張して液体室１１０の容積を減少させる本実施例の圧電素子１１２は、本発明の「容積変更部」に相当している。また、圧電素子１１２の駆動を制御している本実施例の制御部２００は、本発明の「噴射制御手段」に相当している。
【００４７】
以上に説明したように、本実施例の液体噴射装置１０では、液体室１１０の内部に仕切壁１２０ｗで仕切られた渦巻き流路が形成されており、液体室１１０の周縁部に開口する入口流路１０６ａから流入した液体は、渦巻き流路（仕切壁１２０ｗ）に沿って、液体室１１０の中央に開口する出口流路１０６ｂへと流れることから、液体室１１０内に気泡が滞留し難くすることが可能である。すなわち、液体室１１０内の気泡は液体の流れに乗って出口流路１０６ｂから排出されるが、単に液体室１１０に入口流路１０６ａと出口流路１０６ｂとを接続しただけの構成では、液体室１１０内に液体の流れが速い箇所と遅い箇所とが生じ易く、流れの遅い箇所に気泡が滞留することがある。そして、液体室１１０内に気泡が存在すると、液体の圧力が十分に上昇せず、液体を適切に噴射できなくなってしまう。これに対して、液体室１１０の内部に渦巻き流路を形成しておけば、液体室１１０内の液体の流れを渦巻き流路に沿って一定の流れに規制することができるので、流れの遅い箇所に気泡が滞留することが無く、液体室１１０内の気泡の排出が容易となる。結果として、安定した液体の噴射を維持することが可能となる。
【００４８】
また、液体室１１０の内部で渦巻き流路を形成する仕切壁１２０ｗは、可撓性の材料で変形可能に設けられていることから、圧電素子１１２が伸張して液体室１１０の容積が減少する際には、渦巻き状の仕切壁１２０ｗの中央部分が液体室１１０の中央に向けて撓むように変形することによって、仕切壁１２０ｗがない場合と同様に、液体室１１０内の加圧された液体は、液体室１１０の中央に向かって移動することができる。そのため、渦巻き状の仕切壁１２０ｗの最内郭よりも内側には、中央に開口する出口流路１０６ｂに向かう液体の流れが生じて、出口流路１０６ｂに周囲から液体が集められる。このように本実施例の液体噴射装置１０では、液体室１１０の内部に仕切壁１２０ｗが設けられているものの、液体を噴射するに際して仕切壁１２０ｗが妨げとなることはなく、液体を適切に噴射することができる。
【００４９】
Ｄ．変形例  ：
以上に説明した本実施例の液体噴射装置１０には、幾つかの変形例が存在している。以下では、これら変形例について説明する。尚、変形例の説明にあたっては、前述した実施例と同様の構成部分については、先に説明した実施例と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５０】
Ｄ−１．第１変形例  ：
上述した実施例では、流路形成部材１２０の仕切壁１２０ｗは、支持板１２０ｂから立設されており、かつ、先端が第２ケース１０６の凹部１０６ｃの底面に固着されていた。しかし、仕切壁１２０ｗの先端は、必ずしも第２ケース１０６の凹部１０６ｃに固着されていなくてもよい。
【００５１】
図６は、第１変形例の脈動発生部１００の内部構造を示した説明図である。図６（ａ）には、圧電素子１１２が駆動していない状態が示されており、図６（ｂ）には、駆動電圧の印加によって圧電素子１１２が伸張した状態が示されている。図６（ａ）に示されているように、第１変形例の脈動発生部１００にも、前述した実施例（図４参照）と同様に、支持板１２０ｂに渦巻き状の仕切壁１２０ｗが立設された流路形成部材１２０が設けられており、液体室１１０の内部には、仕切壁１２０ｗによって仕切られた渦巻き流路が形成されている。ただし、第１変形例では、前述した実施例と異なり、仕切壁１２０ｗの先端（第２ケース１０６と向かい合う側の端部）が第２ケース１０６の凹部１０６ｃに固着されておらず、仕切壁１２０ｗの先端と凹部１０６ｃとの間には、わずかに間隙が設けられている。
【００５２】
このような第１変形例の脈動発生部１００においても、前述した実施例と同様に、液体室１１０の周縁部に開口する入口流路１０６ａから流入した液体が、渦巻き流路（仕切壁１２０ｗ）に沿って旋回しながら、中央の出口流路１０６ｂへと流れることによって、液体室１１０内が液体で満たされる。尚、仕切壁１２０ｗの先端と凹部１０６ｃとの間隙はわずかであることから、液体室１１０に流入した液体は、もっぱら渦巻き流路に沿って流れる。
【００５３】
こうして液体室１１０が液体で満たされた状態で、駆動電圧の印加によって圧電素子１１２が伸張すると、液体室１１０の容積が減少して、液体室１１０内の液体が加圧される。このとき、前述したように仕切壁１２０ｗの内側と外側とで圧力差が生じるので、圧力の高い外側から圧力の低い内側に向けて仕切壁１２０ｗが押されて変形する。第１変形例の脈動発生部１００では、仕切壁１２０ｗの先端が第２ケース１０６の凹部１０６ｃに固着されていないので、図６（ｂ）に示すように、仕切壁１２０ｗの先端側が液体室１１０の中央に向けて倒れるように変形する。
【００５４】
このように仕切壁１２０ｗの先端側が液体室１１０の中央に向けて倒れると、仕切壁１２０ｗの外側の液体が仕切壁１２０ｗを乗り越えて内側に流れ込むことから、液体室１１０の内部には、渦巻き流路を横切って中央の出口流路１０６ｂに向かう液体の流れが生じる。
【００５５】
以上に説明したように、第１変形例の脈動発生部１００では、仕切壁１２０ｗの先端が第２ケース１０６の凹部１０６ｃに固着されていないものの、液体室１１０に液体が充填される際には、前述した実施例と同様に、液体室１１０内の液体の流れを、仕切壁１２０ｗによって形成される渦巻き流路に沿って一定の流れに規制することができる。したがって、流れの遅い箇所に気泡が滞留することが無く、液体室１１０内の気泡を速やかに排出することが可能となる。
【００５６】
また、圧電素子１１２が伸張して液体室１１０の容積が減少する際には、第２ケース１０６の凹部１０６ｃに固着されていない仕切壁１２０ｗの先端が液体室１１０の中央に向けて倒れることによって、液体室１１０の内部には、仕切壁１２０ｗを乗り越えて中央の出口流路１０６ｂに向かう液体の流れが生じる。このように、渦巻き流路を横切る流れによって中央の出口流路１０６ｂに周囲から液体が集められるので、液体を適切に噴射することができる。
【００５７】
Ｄ−２．第２変形例  ：
上述した第１変形例では、流路形成部材１２０の仕切壁１２０ｗは、支持板１２０ｂから立設されていた。しかし、仕切壁１２０ｗは、必ずしも支持板１２０ｂから立設されていなくてもよい。
【００５８】
図７は、第２変形例の脈動発生部１００の内部構造を示した説明図である。図７（ａ）には、圧電素子１１２が駆動していない状態が示されており、図７（ｂ）には、駆動電圧の印加によって圧電素子１１２が伸張した状態が示されている。図７（ａ）に示されているように、第２変形例の脈動発生部１００においても、前述した実施例と同様に、液体室１１０の内部には、渦巻き状の仕切壁１２０ｗによって仕切られた渦巻き流路が形成されている。この仕切壁１２０ｗは、第２ケース１０６の凹部１０６ｃに固着されておらず、凹部１０６ｃとの間にわずかな間隙が設けられている。また、仕切壁１２０ｗの全体が支持板１２０ｂから立設されているわけではなく、多重に巻かれた渦巻き状の仕切壁１２０ｗのうち最も外郭を成す部分だけが支持板１２０ｂに立設されており（図３参照）、残りの部分は、渦巻き状に一連であるものの、支持板１２０ｂに固定されてはいない。
【００５９】
このような第２変形例の脈動発生部１００においても、液体室１１０に液体が充填される際には、前述した実施例と同様に、液体室１１０内の液体の流れが、仕切壁１２０ｗによって形成される渦巻き流路に沿って一定の流れに規制されるので、その流れに乗せて液体室１１０内の気泡を速やかに排出することが可能となる。
【００６０】
一方、圧電素子１１２の伸張によって液体室１１０の容積が減少して、前述したように仕切壁１２０ｗの内側と外側とで圧力差が生じると、圧力の高い外側から圧力の低い内側に向けて仕切壁１２０ｗが押される。このとき、渦巻き状の仕切壁１２０ｗの支持板１２０ｂに固定されていない部分は、ちょうどゼンマイが巻き上げられるように、液体室１１０の中央に向けて移動することから、液体室１１０内の加圧された液体は、液体室１１０の中央に向かって移動する。加えて、仕切壁１２０ｗを乗り越えて渦巻き流路に交差するように中央の出口流路１０６ｂに向かう液体の流れが生じて、出口流路１０６ｂに周囲から液体が集められるので、液体を適切に噴射することができる。
【００６１】
以上、本発明の液体噴射装置について各種の実施形態を説明したが、本発明は上記すべての実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
【００６２】
例えば、上述した各実施形態においては、液体室１１０に供給された液体を最も効率的に出口流路１０６ｂへと導くために、出口流路１０６ｂが、液体室１１０を構成する凹部１０６ｃの中央の位置に開口する構成としていた。しかし、出口流路１０６ｂが開口する位置は、凹部１０６ｃの中央の位置に限られるわけではなく、少なくとも出口流路１０６ｂが入口流路１０６ａよりも凹部１０６ｃの中央に近い位置に開口する位置関係になっていればよい。
【００６３】
また、上述した各実施形態においては、液体室１１０の内部に仕切壁１２０ｗによって渦巻き状の流路を形成していた。しかし、液体室１１０の内部に形成する流路は、液体室１１０の周縁部から旋回しつつ中央に向かう形状であれば特に限定されず、例えば、つづら折り形状等の変形を加えてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０…液体噴射装置、    １００…脈動発生部、    １０２…ノズル、
１０４…液体噴射管、    １０６…第２ケース、    １０６ａ…入口流路、
１０６ｂ…出口流路、    １０８…第１ケース、    １１０…液体室、
１１２…圧電素子、    １１４…ダイアフラム、    １１６…補強板、
１１８…第３ケース、    １２０…流路形成部材、    １２０ｂ…支持板、
１２０ｗ…仕切壁、    ２００…制御部、    ３００…液体供給手段、
３０２…第１接続チューブ、    ３０４…第２接続チューブ、    ３０６…液体容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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